[发明专利]一种大悬跨海底管线摩阻稳定升力系数计算方法

权利要求书

1.一种大悬跨海底管线摩阻稳定升力系数计算方法，其特征在于包括：

采集海底管线长度L以及雷诺数Re，计算海底管线在特定工况下的近壁面流速u；

确定海底管线的物理模型和计算域：根据海底管线的实际尺寸、海底管线与海底面的间隙距离G绘制其物理模型并确定计算域；

计算海底管线所受的局部压力系数C_P和局部壁面摩擦系数C_f；

根据海底管线悬跨段的物理模型和计算域计算海底管线悬跨影响系数β；

根据获取的管长L、雷诺数Re、间隙距离G以及影响系数β采用矢量积分多因素综合评估工程化方法计算大悬跨海底管线的升力系数C_L。

2.根据权利要求1所述一种大悬跨海底管线摩阻稳定升力系数计算方法，其特征还在于：计算船海底管线在特定工况下的近壁面流速u时：在仿真软件中设置水下实际环境参数，采用k-ε模型计算洋流以不同速度即雷诺数Re工况下海底管线近壁面产生的近壁面流速u。

3.根据权利要求1所述的一种大悬跨海底管线摩阻稳定升力系数计算方法，其特征还在于：获取海底管线的物理模型时：其中计算域中临近海底管线壁面1/5至2/5计算域半径的区域内采用非结构化网格，其他区域采用结构化网格；将计算域的入口设置为速度入口条件,管线及海床底面设置为固壁面，计算域的出口设置为压力出口条件。

4.根据权利要求1所述一种大悬跨海底管线摩阻稳定升力系数计算方法，其特征还在于：所述局部压力系数C_P和局部壁面摩擦系数C_f采用如下方式获取：设洋流与海底管线垂直方向之间的夹角为θ，顺时针为正、逆时针为负，则沿洋流方向和垂直于海底管线方向远离海床面的海流速度分别为ucosθ和usinθ；通过压力系数算法和壁面摩擦系数算法计算获取局部压力系数C_P和局部壁面摩擦系数C_f。

5.根据权利要求1所述一种大悬跨海底管线摩阻稳定升力系数计算方法，其特征还在于：所述海底管线悬跨影响系数β采用如下方式获取：

对海底管线悬跨段的网格进行划分以及设置其边界条件：其中悬跨段计算域采用混合网格划分，悬跨段壁面区域采用非结构化网格；其他区域采用结构化网格，将其他区域设置为静止区域，将其他区域入口设置为速度入口条件、其出口设置为压力出口条件；

在仿真软件中将所述近壁面流速u作为海底管线悬跨段的入口速度，采用k-ε模型计算出管线绕流速度u对应的海底管线悬跨影响系数β的离散值。

6.根据权利要求1-5任意所述一种大悬跨海底管线摩阻稳定升力系数计算方法，其特征还在于：计算摩擦稳定性升力系数C_L时：在大悬跨海底管线的多种设定阈值范围内、基于不同的雷诺数Re分别计算升力系数C_L；

当L/D5时:

当20L/D5时

当L/D20时:

其中：C_L为升力系数、C_L-max为最大升力系数、C_L-min为最小升力系数、C_p-y为y向压力系数分量、C_f-y为y向壁面摩擦系数分量、a为升力安全系数；当20L/D5,a取1.5；当L/D5时，a取1.2；β为悬跨影响系数，A为等效截面面积，ρ为水密度、D为管线半径。